Curso Fibra Optica I - InICTEL

Curso 1 Introducción a los Sistemas de Fibra Óptica

Objetivos Interpretar los conceptos y definiciones básicas de los sistemas de comunicación óptica, sus componentes y especificaciones. Describir los tipos de fibra óptica y tipos de cable existentes en el mercado. Explicar los conceptos básicos de los tipos de terminación óptica

Introd. a los Sistemas de Fibra Óptica

Ing. Jaime Rupaylla A.

1. Sistema de transmisión básico por fibra óptica 2. Introducción a la fibra óptica 3. Cables de fibra óptica 4. Terminación óptica 5. Laboratorio de componentes de un sistema de comunicación óptica 6. Laboratorio de demostración de terminación con conectorización y empalmes

¿Que es la Fibra Óptica? Fibra Óptica se refiere al medio y la tecnología asociada con la transmisión de la información a través de impulsos de luz a lo largo de una fibra de vidrio o de plástico. La fibra óptica es una Guía de Ondas que transporta mucho mas información que los pares de cobre y son menos susceptibles a las interferencias electromagnéticas. La mayoría de las compañías telefónicas de Larga Distancia transportan su información a través de cables de fibra óptica. Introd. a los Sistemas de Fibra Óptica

Ing. Jaime Rupaylla A.

¿Que es la Fibra Óptica? “Las tecnologías ópticas son el motor de la expansión de la banda ancha en Internet. No cabe duda de que Internet, tal como la conocemos en estos momentos, sería inviable sin las tecnologías ópticas ni las normas de interconexión de redes asociadas.” Junio-2011, Sector de Normalización de las Telecomunicaciones de la UIT (UIT–T). “El mundo óptico”

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Ing. Jaime Rupaylla A.

Cronología Alrededor de 2500 A.C. se conoce el vidrio 1626 - Snell pronuncia las leyes de Reflexión y Refracción de la luz. 1668 - Isaac Newton a través de sus experimentos con la luz, estudiándola como un fenómeno ondulatorio, encuentra que la luz se propaga de forma similar a las ondas sonoras, es decir que se puede estudiar como una onda mecánica. 1790 - Claude Chappe construye un telégrafo óptico mediante un complicado sistema de telescopios para establecer un enlace entre París y Estraburgo. Por medio de torres con señalizaciones móviles podía transmitir información a 200 km en 15 minutos. Fue reemplazado luego por el telégrafo eléctrico. 1810 - Fressnel establece las bases matemáticas sobre propagación de ondas

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Ing. Jaime Rupaylla A.

Cronología 1841 - Daniel Colladon y John Tyndal hacen una demostración de la luz guiando un chorro de agua en Ginebra.

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Ing. Jaime Rupaylla A.

Cronología 1873 - James Clerck Maxwell demostró que la luz puede estudiarse como una onda electromagnética. 1874 - Chicolev en Rusia conducía la luz solar a través de tubos metálicos huecos espejados por dentro.

1880 - Alexander Graham Bell inventó el fotófono para transmitir la voz. El sonido hacía vibrar una membrana espejada, la cual reflejaba la luz del sol, haciéndola más o menos divergente hacia el receptor colocado a unos 200 metros. Este consistía en un gran espejo parabólico en cuyo centro se encontraba un detector de selenio conectado a una batería y un auricular. Este método dependía de la luz solar y de la visibilidad.

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Ing. Jaime Rupaylla A.

Cronología 1910 - Hendros y Debye en Alemania experimentan con varillas de vidrio como guías de onda dieléctricas. 1927 - Baird (Inglaterra) y Hansell (USA) patentan un sistema que puede transmitir imágenes por medio de fibras de silicio. 1930 - Heinrich Lamm ensambla el primer manojo de fibras transparentes en llevar un mensaje en un filamento de lámpara eléctrico. 1934 – Norman French (AT&T) patenta el primer teléfono que transmitía haces de luz con un sistema de varillas rígidas de vidrio. 1936 – EE.UU. comienza a utilizar fibras ópticas en telecomunicaciones. 1959 - American Optical obtiene fibras tan finas que transmiten solo un modo de la luz; se reconocen las fibras como guías de ondas de un solo modo. 1960 - Theodore Maiman hace una demostración del primer rayo láser (Amplificación de Luz por Emisión Simulada de Radiación) en los Laboratorios de Investigación de Hughes con luz monocromática Introd.coherente a los Sistemas de Fibra Óptica Ing. Jaime Rupaylla A.

Cronología 1962 - Cuatro grupos casi simultáneamente crean rayos láser pulsantes de diodo semiconductor que funcionaban solamente a 150º C. 1970 - Corning Glass Works (Kao y Hockman) fabrican fibras ópticas con una atenuación de 20 dB/km a una longitud de onda de 633nm. (antes 1000 dB/Km en 1965) y empalmes de baja perdida 1971 - Standard Telecommunication Labs (STL) hace una demostración de video digital sobre fibra en el Queen 1973 – Bell Labs lanza fibras de baja perdida (CVD) de 1 dB/Km 1975 - Primer rayo láser de semiconductor GaAlAs de onda continua que funciona a la temperatura ambiente presentada por Láser Diode Labs (tiempo de vida mayor a 2x103 horas) 1977 - El primer enlace con servicio comercial comenzó en 1977 a través de 2,4 km de cables subterráneos que conectaban dos oficinas de conmutación de la compañía telefónica de Illinois Bell Telephone Company. (Primera Generación, atenuación 2 dB/Km). 1977 - GTE empieza la primera prueba de enlace por fibra óptica que lleva tráfico telefónico en vivo, 6 Mbps, en Long Beach, California. Introd.1979 a los Sistemas demonomodo Fibra Óptica una atenuación de 0.20 dB/km aIng. Jaime Rupaylla A. - Fibras 1550 nm.

Cronología 1980 - Aparece la segunda generación usando nuevos láseres a 1300 nm (atenuación de 0.5 dB/Km). 1982 – Fibra monomodo con atenuación de 0.2 dB/Km (λ = 1.55 um) 1983 - MCI fue la primera en tender una Red Nacional de Fibra óptica en los Estados Unidos. 1985 – Se introduce la fibra de dispersión desplazada (DSF), estas fibras tiene atenuaciones de 0.2 dB/Km en la ventana de 1,550nm con dispersión cero. 1988 - El primer cable transatlántico comienza a funcionar con repetidores cada 64 Km.

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Ing. Jaime Rupaylla A.

Cronología 1990 - Los Laboratorios Bell transmiten una señal de 2.5 Gbps a través de 7.500 km sin regeneración. Empleaba un láser solitón y un amplificador EDFA. 1991 – La CCITT establece sus estándares a nivel mundial 1998 - Los laboratorios Bell transmitieron 100 señales ópticas de 10 Gbps por una sola fibra de 400 km. gracias a las técnicas WDM. 2000 hacia adelante, constante desarrollo de la tecnología de guía de ondas óptica, micro-óptica, semiconductores láser, solitón, DWDM, conmutación óptica y tecnologías xPON.

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Ing. Jaime Rupaylla A.

Aplicaciones Aeroespacial La tecnología aeroespacial y las aeronaves avanzadas dependen su operación de docenas de computadoras internas con la información redundante de seguridad de vuelo y sistemas auxiliares que requieren un caudal de proceso y transferencia de datos muy altos y de peso ligero.

Automóvil Lentamente la fibra se está moviendo hacia la industria automovilística en las lámparas indicadores de falla, el interior y la iluminación del salón y algunos sistemas de audio del vehículo. Se usan para el cableado en aviones, naves espaciales y aplicaciones militares. Introd. a los Sistemas de Fibra Óptica

Ing. Jaime Rupaylla A.

Aplicaciones Medicina Las fibras ópticas tienen una participación muy grande en medicina; muchos procedimientos dependen del uso de fibra como la Laparoscopia y Arterioctomía coronaria. Ahora los dentistas están usando fibras ópticas y videocámaras para mirar con atención la boca del paciente y como un método de grabación.

Computadora y Comunicación de Datos Los conductores de sistemas de gerenciamiento de la información se están moviendo a la fibra para el uso en comunicaciones punto a punto, en redes de área local y redes de área extendida debido al aumento reconocido en las velocidades de datos y el aumento en la distancia entre las unidades principales de sistema y los usuarios finales. Introd. a los Sistemas de Fibra Óptica

Ing. Jaime Rupaylla A.

Aplicaciones en Telecomunicaciones CATV La demanda de más canales por el consumidor, más servicios de PPV, la mayor claridad del video y la definición del sonido con calidad de CD mejorado, todo esto requiere de ancho de banda muy amplio Se utilizan en redes HFC y transmisión de señales de video

Telefonía Las compañías telefónicas están recurriendo a la fibra óptica para conectar el usuario final a la central de conmutación (xPON), para enlaces troncales inter-centrales, interprovinciales e internacionales entre centrales. La fibra es usada como un patrón de nivel SONET (Synchronous Optical Network) Introd. a los Sistemas de Fibra Óptica

Ing. Jaime Rupaylla A.

Aplicaciones en Telecomunicaciones Comunicaciones de larga distancia, cables submarinos, BACKBONE Interconexión de alta velocidad de datos y banda ancha de redes LAN, WAN, etc.. Comunicaciones en ambientes difíciles, de alta emisión electromagnética, altas temperaturas y condiciones climáticas adversas Las empresas eléctricas usan fibra óptica a lo largo de sus líneas de alta tensión, para comunicarse entre centrales o arrendarlas

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Ing. Jaime Rupaylla A.

Ventajas Las perdidas de las fibras son pequeñas y relativamente planas en todo el ancho de banda de trabajo, enlaces de hasta 280 Km sin repetidoras y requieren menor mantenimiento Bajos costos pues su materia prima es el sílice que abunda en la tierra, costo de reventa es cero (poco robo comparado con cobre) Inmune a ruidos externos de radio frecuencia (RFI) e interferencias de redes eléctricas o de alta tensión (EMI), a la humedad y corrosión; no requiere apantallamientos. Dificultad para captar sus emisiones, lo cual proporciona seguridad Eliminación de los problemas de bucle a tierra y descargas Introd. a los Sistemas de Fibra Óptica eléctricas

Ing. Jaime Rupaylla A.

Ventajas Las fibras y los componentes ópticos son muy confiables y estables. Reducido tamaño, compacto y ligero, Serían necesarios 2 toneladas métricas de alambre de cobre para transmitir la información que se puede con un poco más de 0.5 Kg de fibra. Flexible, fácil de instalación y de transporte aun en zonas peligrosas La fibra es menos costosa que los cables coaxiales y el cobre; costo de reventa es cero (poco robo)

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Ing. Jaime Rupaylla A.

Ventajas Gran capacidad de transporte de información, Actualmente pueden transmitirse hasta 200 láseres de distinta longitud de onda en una misma fibra equivalente a 200x10Gbps, lo cual genera bajos costos por canal, ANTES

64 Kbps

1 ch de voz AYER

2.4 Gbps

HOY MAÑANA

FIBRA OPTICA - DWDM

2 Tbps Introd. a los Sistemas de Fibra Óptica

32,000 ch de voz

32’000,000 ch de voz Ing. Jaime Rupaylla A.

Desventajas ???? Los equipos terminales son mas caros comparados con equipos de cobre La FO es mas delicada y debe ser manejado cuidadosamente La ultima milla aun no es totalmente fibra debido a los costos de los equipos de abonado. La comunicación aun no es totalmente óptico, a veces hay necesidad de conversiones electrica-optica-electrica Existen amplificadores, spliters, mux/demux aun en etapa de desarrollo Técnica de empalmes requiere personal experto y entrenado Equipos de empalme y medición son caros comparados con equipos de cobre Equipos inherentemente direccionales ALTOS COSTO DE INSTALACION, empalmes poco complicados Introd. a los Sistemas de Fibra Óptica

Ing. Jaime Rupaylla A.

Características y Ventajas MENOR ATENUACION

MAYORES DISTANCIAS ENTRE REPETIDORAS

MAYOR ANCHO DE BANDA

MULTIPLEXACION DE LONGITUD DE ONDA

PEQUEÑO DIAMETRO

ALTA CONFIABILIDAD GRAN CAPACIDAD DE TRANSMISION VARIEDAD DE SERVICIOS MEJORAMIENTO DEL FACTOR DE ESPACIO

PESO LIVIANO

FLEXIBILIDAD

LIBRE DE INDUCCION

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BAJO COSTO

EXPANSION DEL AREA DE APLICACION

MEJORAMIENTO DEL MANTENIMIENTO

MEJORAMIENTO DE LA INSTALACION

ALTA CALIDAD

Ing. Jaime Rupaylla A.

Sistema de Transmisión Óptica La transmisión óptica se compone de un transmisor que transforma las ondas electromagnéticas con la información deseada en energía luminosa, esta energía se transmite a través de las fibras ópticas hasta el lugar de destino en donde un detector óptico convierte la señal luminosa en energía electromagnética, lo más similar posible a la señal original; en este punto se extrae la información que se transmitió.

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Ing. Jaime Rupaylla A.

Sistema de Transmisión Óptica La transferencia de información entre dos o mas ubicaciones y/o personas requiere cada vez mayor ancho de banda. Esta modo de transporte de información se ha convertido en una de las tecnologías más avanzadas y empleadas, se estima que para el 2014 debemos de tener 2 billones de kilómetros de fibra óptica instalados en el mundo (13,000 veces la distancia al sol).

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Ing. Jaime Rupaylla A.

Porque Fibra Óptica ??? Indiscutible crecimiento de las industrias para producir y proveer productos que permitan: Transferencia, procesamiento, visualización y almacenamiento de la información

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Ing. Jaime Rupaylla A.

Porque Fibra Óptica ??? Las redes de telecomunicaciones facilitan y agilizan la transferencia de información

Tipo de información por ejemplo videos, archivos de datos requieren cada vez mayor capacidad de almacenamiento de información, ej. lo último películas en DVD (4.7 GB), contenido del nuevo HDD de Hitachi Cambio (2 TB o 426 DVDs)

Ing. Jaime Rupaylla A. Diseño y evolución de las redes de telecomunicaciones

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Motores de la evolución de las redes Aumento de la velocidad de procesamiento y reducción del costo de la informática

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Ing. Jaime Rupaylla A.

Motores de la evolución de las redes Atractivo del Servicio de la Internet El límite entre de la oferta que brindan los proveedores de contenidos, aplicaciones, comunicaciones, etc. y la demanda de los usuarios no está definida.

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Ing. Jaime Rupaylla A.

Motores de la evolución de las redes Desregulación del sector de las telecomunicaciones Pasado

Posición de Monopolio Inversiones a Largo Plazo Consideraciones Sociales

Introd. a los Sistemas de Fibra Óptica

Presente

Liberalización & Competencia Retorno de inversión a corto plazo Aceleración del ritmo del cambio

Ing. Jaime Rupaylla A.

Arquitectura de las Redes Diferentes partes de la red pública Interurbano: parte de la red en una gran ciudad o región Larga distancia: entre las ciudades, a nivel nacional o internacional

Larga distancia Introd. a los Sistemas de Fibra Óptica

Metropolitana

Bucle Local Ing. Jaime Rupaylla A.

Arquitectura de las Redes

Redes privadas operadas por empresas o instituciones públicas para uso interno. o

Redes de área local (LANs): en edificios de pocos Km.

o

Redes de área Metropolitana (MANs). Decenas a cientos de Km.

o

Redes de área amplia (WANs): varios cientos a miles de Km.

Las redes MANs / WANs de las corporaciones usualmente están soportadas en las redes públicas.

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Ing. Jaime Rupaylla A.

Teoría Óptica Básica El índice de refracción de un medio n se define como:

=

. .



=

El índice de refracción es adimensional y es una constante del material, en el vacío (similar al aire) el índice es n0 = 1 El núcleo de las fibra ópticas usadas en telecomunicaciones son de cristal de silicio (n

= 1.5) y las usadas comercialmente

varían de 1.4 a 1.5 La velocidad de la luz en el material depende de la longitud de onda, también depende de los dopajes del núcleo y el revestimiento Introd. a los Sistemas de Fibra Óptica

Ing. Jaime Rupaylla A.

Teoría Óptica Básica Cuando una onda luminosa incide sobre al superficie de separación entre dos sustancias, la onda se refleja total o parcialmente, la parte que no se refleja se refracta. Luz Refractada

β

n2 n1

n2

medio 1

n1

n1

medio 2

α

αc

α Luz incidente

n2

α

Luz Reflejad

Luz incidente

Luz incidente

= Introd. a los Sistemas de Fibra Óptica

Ing. Jaime Rupaylla A.

Ley de Refracción de Snell Normal a Frontera

β

Luz Refractada

n2 , c2 Frontera

n1 , c 1

>

sin sin

=

=

α

Luz incidente

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Ing. Jaime Rupaylla A.

Ley de Refracción de Snell

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Ing. Jaime Rupaylla A.

Decibeles El Decibel, es una relación usada para medir una cantidad, no tiene dimensiones (adimensional) descrita en la norma B12 de la UIT. Decibeles, similar a los logaritmos, usados para simplificar los cálculos al emplear cantidades muy grandes o muy pequeñas. Si dB es un valor positivo se trata de Ganancia y si es un valor negativo serán perdidas o atenuación.

! = 10 log

' '

! = 20 log Introd. a los Sistemas de Fibra Óptica

Ing. Jaime Rupaylla A.

dB, dBm y dBmV Niveles Absolutos dB es usado para comparar 2 señales de potencia o voltajes en dos puntos cualquiera del sistema Niveles Referenciales o Relativos, es la potencia en un punto del circuito con respecto a una referencia dBm comparada con el valor de 1 mw dBmV comparada con el valor de 1 mV dBw comparada con el valor de 1 w dBuV comparada con el valor de 1 uV Introd. a los Sistemas de Fibra Óptica

Ing. Jaime Rupaylla A.

Tecnologías de Fabricación La calidad de los cables de fibras depende del proceso de fabricación de la fibra y de los materiales usados en ella El índice de refracción de la fibra se modifica en el núcleo y el revestimiento, mediante la adición de pequeñas cantidades muy controladas, de óxidos de Ge, Bo y P, partiendo para ello de tetracloruros y pentacloruros líquidos a temperatura ambiente Los procesos de fabricación son el de crisol y el de proforma. El primero se utiliza para fibras de prestaciones limitadas en atenuación y ancho de banda (aplicaciones de circuito cerrado, medicina, industria del automóvil, etc..) siendo de baja calidad. Introd. a los Sistemas de Fibra Óptica

Ing. Jaime Rupaylla A.

Tecnologías de Fabricación El de proforma es el de mas interés en las telecomunicaciones para aplicaciones de banda ancha. La fibra es fabricada usando el proceso del grafico, por el cual un cilindro de fibra de silicio es calentado y estirado hasta el diámetro correcto, luego se le da una capa protectora que es secada en el mismo lugar usando luz ultravioleta. Monitor del diámetro

Receptáculo Movible Preformador

Horno

Aplicador de la cubierta

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Tractor ensamblador

Lámparas Ultravioletas

Carrete enrollador

Ing. Jaime Rupaylla A.

1. Sistema de transmisión básico por fibra óptica 2. Introducción a la fibra óptica 3. Cables de fibra óptica 4. Terminación óptica 5. Laboratorio de componentes de un sistema de comunicación óptica 6. Laboratorio de demostración de terminación con conectorización y empalmes Introd. a los Sistemas de Fibra Óptica

Ing. Jaime Rupaylla A.

Clasificación de las Ondas Ópticas

5

4

3

2

1

0

-1

-2

-3

Ondas Caloricas

Ondas de Radiocomunicaciones

AM FM TV Radar 3

4

5

6

7

1 MHz

10

11

1 GHz

12

-6

Rayos Infrarojos

13

14

-7

15

-8

-9

-12

-13

Rayos Gamma

-14

-15

-16

x

Rayos Cósmicos

y 17

18

1 THz

19

20

21

22

23

24

Frecuencia 3 x 10y (Hz) 580

550

455

400 nm

Ultravioleta

628

Violeta

760

Verde

800

Amarillo

850

Naranja

1310

-11

Rayos X

Rayos Ultravioleta 16

-10

Rojo

1550

9

-5

Infrarrojo

1600

Telecom. 8

-4

10x (metros)

Luz Visible

Longitud de Onda

Aplicaciones de Fibra Óptica

Introd. a los Sistemas de Fibra Óptica

1ª Ventana

2ª Ventana

3ª Ventana

Espectro de longitud de Onda

Espectro de luz visible Ing. Jaime Rupaylla A.

Espectro Óptico Infrarrojo

Rojo Naranja

Amarillo Verde

Azul

Violeta Ultravioleta

Fibra Óptica

187

300

375

476

500

1600

850

800

630

600

Mayor frecuencia → Menor λ

517 580

588

652

789

Terahertz (1012 Hz)

510

460

380

Nanómetros (10-9 m)

La transmisión de información a través de fibras ópticas se realiza mediante la modulación de un haz de luz invisible al ojo humano (por debajo del infra-rojo). Se debe evitar mirar directamente y de frente una fibra a la cual se le esté inyectando luz Introd. a los Sistemas de Fibra Óptica

Ing. Jaime Rupaylla A.

Fibra Óptica como medio de Transmisión Cable metálico

Repetidor eléctrico

Enlaces de cobre

Órbita de satélite

• Enlaces de radio Terrestres • Enlaces satelitales

Estaciones de Radio

Convertidor Repetidor óptico a Fibra Óptica eléctrico eléctrico

Convertidor eléctrico a óptico

Enlaces de F.O.

Introd. a los Sistemas de Fibra Óptica

Ing. Jaime Rupaylla A.

Comparación entre FO y otros cables

Sección máxima sin repetidora (Km)

Capacidad total de canales (canales por cable)

Capacidad de canales por unidad de área (canales//mm2)

Tipo de Cable

Diámetro del cable (mm)

Peso del cable (Kg/m)

Velocidad de Transmisión (Mb/s)

Cable de 24 fibras monomodo

12

0.128

100,000

400

92.160 (7680 x 12)

815

Cable de 24 fibras multimodo de índice gradual.

12

0.128

140

25

23.040 (1920 x 12)

205

Cable coaxial de 9.5 mm. 18 núcleos

65

11.0

565

1.5

69.120 (7680 x 9)

21

Cable Interurbano con aislamiento de polietileno celular de 0.9 mm, 54 pares.

28

1.0

2

3~4

600 (30 x 20)

1

Introd. a los Sistemas de Fibra Óptica

Ing. Jaime Rupaylla A.

Sistema Básico de Transmisión por FO Sistema TDM MUX OLTE

OLTE MUX

CH1

CH1

Repetidor/amplificador

CH2

CH2

Cable de Fibra

Cable de Fibra CHn

CHn

o o o o o o

Transmisores Fuentes Transceptores Interfaces Divisores Atenuadores

o o o o

Fibra Multimodo o Amplificadores Fibra Monomodo o Conectores Cables o Empalmes Pasivos

Introd. a los Sistemas de Fibra Óptica

o Receptores o Detectores

Ing. Jaime Rupaylla A.

La Fibra Óptica La fibra óptica es un medio físico de comunicación (hebra de vidrio o silicio fundido) en donde la información viaja en forma de luz. Es una guía de onda óptica (dieléctrica) que permite el paso de ondas electromagnéticas luminosas, esta conformado por dos capas (núcleo y revestimiento) los cuales permiten la propagación de la luz a través de reflexiones sucesivas. Comunicaciones bidireccionales requieren 2 filamentos para una comunicación, cada filamento de 0.1 nm aprox (similar al cabello humano) Introd. a los Sistemas de Fibra Óptica

Ing. Jaime Rupaylla A.

Estructura de la Fibra Óptica La FO está compuesta por tres cilindros concéntricos flexibles llamados núcleo (core), revestimiento (cladding) y cubierta protectora (jacket o buffer) con diferente índice de refracción, el mismo que mediante una reflexión interna permite que la luz sea guiada por el núcleo.

1er. recubrimiento protector (First coating) Núcleo de Vidrio (Core) Cubierta de Vidrio (Cladding) Introd. a los Sistemas de Fibra Óptica

Ing. Jaime Rupaylla A.

Estructura de la Fibra Óptica Núcleo (Core): sección interna de material de vidrio (cristal de dióxido de silicio SiO2 ) con ciertas impurezas y dopantes (GeO2, P2O5, etc.) o plástico las cuales determinan sus características, es la zona de propagación de la luz Revestimiento o Envoltura (Cladding): recubre a cada una de las fibras del núcleo y posee propiedades ópticas diferentes, es la zona de reflexión de la luz, por lo general dióxido de silicio puro Cubierta protectora o chaqueta (Coating y/o buffer): Material de plástico (resina silicona) que recubre a una o más fibras revestidas, las protege contra corrosión, humedad, etc.. Tienen diferente modulo de Young. Entrada de luz Fuente Óptica LASER Introd. a los Sistemas de Fibra Óptica

NÚCLEO Fibra Óptica

Salida de la luz Detector Óptico APD Ing. Jaime Rupaylla A.

Estructura de la Fibra Óptica Para conseguir “Reflexión Interna Total” de la luz en una fibra óptica, debe cumplirse: o El núcleo y el revestimiento deben de ser ópticamente diferentes (índices de refracción del núcleo entre 0.1 – 1 % mayor que el índice de refracción del revestimiento). o La “luz” debe ingresar en la fibra con un ángulo mayor al ángulo crítico (apertura numérica).

θ > θ θ

θ

θ

> Introd. a los Sistemas de Fibra Óptica

Ing. Jaime Rupaylla A.

Estructura de la Fibra Óptica * +,

>

+- ./

>

.*00 +,

Núcleo (8~62.5 um)

Cladding (125 um) Coating (250 o 900 um)

Vista en perspectiva Introd. a los Sistemas de Fibra Óptica

Sección transversal Ing. Jaime Rupaylla A.

Propagación de la Luz En este punto, la propagación de la luz ha sido comprobada usando un método llamado el trazado de rayos. El trazado de rayos depende de la suposición de que la luz viaja en líneas rectas excepto en los límites de transición. Aunque este método funciona bien para la mayoría de los casos, no explica todos los fenómenos ópticos. Núcleo

Modo Fundamental

Introd. a los Sistemas de Fibra Óptica

Modos de Orden Mayor

Cladding

Ing. Jaime Rupaylla A.

Propagación de la Guía de Onda Para describir algunos fenómenos ópticos, se debe recordar que la luz es en realidad una onda electromagnética viajera. Cuando la luz se propaga por una fibra, crea una "onda estacionaria" a través del diámetro del núcleo de la fibra. Esto es llamado Propagación de Guía de Onda. Una pequeña parte de energía también penetra en la cubierta. Núcleo

Frente de Ondas de Propagación

Introd. a los Sistemas de Fibra Óptica

Cladding

Ing. Jaime Rupaylla A.

Propagación de Ondas en fibra (2D) No se puede mostrar la imagen en este momento.

Las

“Ondas

Estacionarias"

en

el

núcleo

permiten

la

propagación de las señales mientras que los niveles de la señal fuera del núcleo decaen de manera exponencial. Introd. a los Sistemas de Fibra Óptica

Ing. Jaime Rupaylla A.

Propagación de Ondas en fibra (3D) No se puede mostrar la imagen en este momento.

Primeros seis modos de propagación en fibras multimodo Introd. a los Sistemas de Fibra Óptica

Ing. Jaime Rupaylla A.

Diámetro del Campo Modal (MFD) Debido a que un poco de energía se propaga en la cubierta, los fabricantes de fibra hacen referencia al diámetro eficaz del núcleo o Diámetro de Campo Modal. Diámetro de Campo Modal es definido como el ancho del campo a e-1 (≈ 1/3) de la amplitud máxima. MFD

A A*e -1

Introd. a los Sistemas de Fibra Óptica

NUCLEO

Ing. Jaime Rupaylla A.

Diámetro del Campo Modal (MFD) En fibras monomodo, el diámetro del campo modal caracteriza el tamaño del núcleo, la potencia acoplada y la habilidad de hacer uniones de bajas perdidas. Representa transversal

la de

distribución la

potencia

propagándose en la fibra El radio se define entre los puntos donde la potencia cae a 1/e2 = 0.135 Introd. a los Sistemas de Fibra Óptica

Ing. Jaime Rupaylla A.

Apertura Numérica La cantidad del potencia óptica que puede ser aplicada al núcleo de la fibra depende de la habilidad de reunir (acaparar) luz de la fibra. Apertura Numérica (NA) o cono de aceptancia define el ángulo máximo de la luz que será transmitida por la fibra. Cuanto mayor es la AN, mayor es la capacidad de la FO para captar energía lumínica emitida por la fuente

n1 θa n2 Introd. a los Sistemas de Fibra Óptica

Cono de Aceptación

Ing. Jaime Rupaylla A.

Angulo de aceptación Manto N2

αc

Aire n0 = 1

revestimiento n2

1 2

90º

3

θc (angulo critico)

núcleo n1 90°- θc

αc 3

2

Manto N2

revestimiento n2

1 Luz viajando dentro del revestimiento (rayo refractado) 2 Luz incidiendo con el angulo critico Rango del angulo (cono) de aceptación 3 Luz viajando dentro del núcleo (rayo reflejado) 1

- aceptancia

>

5

>

sin 4 >

1 2 sin 90°

Introd. a los Sistemas de Fibra Óptica

3

= 4 = sin Ing. Jaime Rupaylla A.

Transmisión de la luz por la Fibra Corte Longitudinal Rayo de luz ingresa al núcleo desde el aire

La luz es propagada por reflexión interna total Angulo de incidencia

Angulo de reflexión

Eje cilíndrico del núcleo

Cladding (n2 ) Núcleo (n1 )

buffer Rayos de luz menores que el ángulo critico son absorbidos por el revestimiento Introd. a los Sistemas de Fibra Óptica

n1 – índice de refracción del núcleo n2 – índice de refracción del revestecimiento Ing. Jaime Rupaylla A.

Apertura Numérica 18 =

18 =

2 ∆

sin

=

−

n1 = Índice de refracción del núcleo. n2 = Índice de refracción del cladding.

∆=

− 2

∆ = Diferencia relativa de índices de refracción.

α Introd. a los Sistemas de Fibra Óptica

= Angulo de aceptancia Ing. Jaime Rupaylla A.

Problema: Se tiene una fibra óptica con un núcleo de vidrio que posee un índice de refracción de 1.52 y un revestimiento de cuarzo fundido con un índice de refracción de 1.46. Se necesita determinar: a) Cual es la velocidad de la luz en el núcleo y en el revestimiento b) Cual es el Angulo Crítico. c) Angulo de Aceptancia. d) Apertura Numérica de dicha fibra. Solución: Introd. a los Sistemas de Fibra Óptica

Ing. Jaime Rupaylla A.

Clasificación de la Fibra Óptica Por el material dieléctrico o Fibra óptica de silicio o Fibra óptica de vidrio multicompuesto o Fibra óptica plástica Por el modo de propagación o Fibra óptica Multimodo (MM) o Fibra óptica Monomodo (SM) Por la distribución o perfil del índice de refracción o Fibra de índice escalonado o salto de índice (SI = Step Index) o Fibra óptica de índice gradual (GI = Graded Index) Fibras Especiales o Fibras de Polarización mantenida o Fibras de Dispersión Desplazada/plana Introd. a los Sistemas de Fibra Óptica

Ing. Jaime Rupaylla A.

Tipo de FO por el dieléctrico Fibras de Silicio Nucleo y revestimiento de silice, aplicación dirigida a comunicaciones de larga distancia y sistemas de gran capacidad. Fibras de Envoltura Plástica Nucleo de silice y revestimiento plástico, resistencia a radiaciones, en aplicaciones militares de baja capacidad Fibras de Plástico Nucleo y revestimiento de material plástico transparente, aplicaciones no usadas en telecomunicaciones Introd. a los Sistemas de Fibra Óptica

Ing. Jaime Rupaylla A.

Tipos de Fibra Óptica ¿ Por qué hay diferentes tipos de fibra ? Debido a que hay diferentes aplicaciones para fibra óptica, hay diferente clases de fibra fabricadas para cubrir requisitos específicos. Cuanto más pequeño es el núcleo, más baja es la atenuación y mayor es el ancho de banda, pero más difícil es la conectorización. Tenemos, fibras de diámetro reducido, como 9/125 um, que se utilizan típicamente en aplicaciones de comunicaciones a larga distancia. Hay otras fibras de 50/125 um y 62.5/125 um, que se suelen utilizar en aplicaciones de “transmisión de datos”, hasta 2 o 4 Km de distancia típicamente. Introd. a los Sistemas de Fibra Óptica

Ing. Jaime Rupaylla A.

Perfil de Refracción Se denomina perfil de refracción de una fibra óptica a la variación que tiene el índice de refracción conforme nos movemos en la sección transversal de la fibra, a lo largo del diámetro. A

0

Perfil del índice por pasos Multimodo de índice escalón Perfil del índice graduado (cuadrático) Multimodo de índice gradual Introd. a los Sistemas de Fibra Óptica

Ing. Jaime Rupaylla A.

B

Fibra Multimodo Un modo es una solución de las ecuaciones de Maxwell y transporta una cantidad discreta de energía, se asocia a rayo luminoso La señal es capaz de viajar en varias rutas (llamadas modos) las mismas reciben la luz a diferentes ángulos.. Empalmes fáciles y acoplaciones a las fuentes de luz, mas baratas Aplicaciones locales y menores anchos de Banda. Velocidad de Tx limitada (100 Mbps, 40 Km); mayor BW cuando menor es el número de modos que se transmiten

D1 = 50 um

n2 D2 n1 n2 Introd. a los Sistemas de Fibra Óptica

D1

D2 = 125 um Ing. Jaime Rupaylla A.

Fibra Multimodo (Rec. G.651) Fibra Multimodo de Índice Gradual que puede usarse en la banda de 850 nm o 1300 nm o en ambas bandas simultáneamente Puede emplearse para transmisión análoga o digital Diámetro del núcleo

50 ± 3 um

Diámetro del revestimiento

125 ± 3 um

Perfil del Índice de Refracción

Casi parabólico

Apertura Numérica

0.18 a 0.24

Coeficiente de Atenuación

< 4 dB/Km en λ = 850 nm < 2 dB/Km en λ = 1300 nm

Ancho de Banda

> 200 MHz x Km en λ = 850 > 200 MHz x Km en λ = 1300

Introd. a los Sistemas de Fibra Óptica

Ing. Jaime Rupaylla A.

FO Multimodo Existen dos tipos de fibra Multimodo distinguidos por el perfil del índice que poseen y por la manera como la luz viaja a través de ella o La fibra multimodo de índice escalón, también llamada de Salto de Índice de Refracción o La fibra multimodo de índice gradual Nucleo (um)

Revestimiento (um) Escalón

200

250 - 380 Gradual

Introd. a los Sistemas de Fibra Óptica

50 (Japón, Europa)

125

62.5 (America)

125

85

Ing. Jaime125 Rupaylla A.

Fibras de Índice Escalonado La fibra de Índice Escalonado tiene un núcleo de un solo tipo de vidrio con un índice de reflexión constante y un límite de transición bien definido entre el núcleo y la cubierta. En este caso todos los modos se propagan a la misma velocidad pero sobre trayectos de distancias diferentes, la dispersión modal puede ser critica en grandes distancias. n1

Introd. a los Sistemas de Fibra Óptica

Diámetro

n2

n

Ing. Jaime Rupaylla A.

FO Multimodo de Índice Escalón El núcleo con el cladding hacen una diferencia de índice de refracción, lo cual hace que la luz se desplace en línea recta, en este caso el índice de refracción es constante desde el eje de la FO hasta donde termina el revestimiento; en este punto se produce un salto del índice o discontinuidad del índice.

Introd. a los Sistemas de Fibra Óptica

Ing. Jaime Rupaylla A.

FO Multimodo de Índice Gradual La fibra de Índice Gradual tiene un núcleo con un índice de refracción de forma parabólica (o casi parabólica) y un límite de transición núcleo-cladding que no está bien definido. Los modos que se desplazan cerca del centro del núcleo ven un índice refractivo más alto y se propagan más despacio que los modos que se desplazan cerca del cladding (a diferente velocidad). Esto reduce o elimina la dispersión modal. n1

n Diámetro

n2

Introd. a los Sistemas de Fibra Óptica

Ing. Jaime Rupaylla A.

FO Multimodo de Índice Gradual En este caso el núcleo esta compuesto por capas de vidrio de diferente índice de refracción, el cual hace que la luz viaje en forma de parábola redireccionandose siempre hacia el eje de la fibra, el Índice de refracción es constante en el revestimiento pero el índice del núcleo varia gradualmente con la distancia desde el eje de la fibra y se hace máximo en el centro

Introd. a los Sistemas de Fibra Óptica

Ing. Jaime Rupaylla A.

Modos de Propagación de la FO La Frecuencia Normalizada V es un parámetro que describe la estructura del modo y relaciona los parámetros geométricos, ópticos y de longitud de onda de transmisión Relaciona el máximo ángulo de aceptancía de la fibra, el número de modos electromagnéticos en la fibra y la cantidad de dispersión introducida por las diferentes trayectorias entre los modos.

=

;* <

= 18

V = Parámetro estructural, determina el comporta-

8>? = 8@ =

miento monomodal de la fibra. a = Radio del núcleo de la fibra λ = longitud de onda de trabajo. N = numero de modos. Introd. a los Sistemas de Fibra Óptica

2

Índice Escalón

4

Índice Gradual

> 2.405

FO Multimodo

≤ 2.405

FO Monomodo TE11 Ing. Jaime Rupaylla A.

Problema: Se tiene un conductor de fibra óptica con perfil gradual cuyo diámetro del núcleo es de 50 µm, su apertura numérica es de 0.2, y su longitud de onda (λ), es de 1µm. ¿Cuántos modos de propagación de luz serán conducidos por el núcleo de esta fibra? Problema: Determinar el parámetro V, a λ = 0.85 µm, para una fibra índice escalón con diámetro de núcleo de 50 µm, n1 = 1.47, n2 = 1.45. Cuántos modos de propagación existen en esta fibra a 0.82 µm y a 1.3 µm Introd. a los Sistemas de Fibra Óptica

Ing. Jaime Rupaylla A.

Fibra Monomodo Es la fibra que por su diseño es capaz de guiar un solo rayo de luz (modo), se reduce el tamaño del núcleo causando emisión de la luz en un solo modo, el del rayo axial (longitudinal). Elimina el retardo por trayectorias diferentes. Transmisiones de alta velocidad (40 GHz, 200 Km sin repetidores); BW superior a la fibra multimodo. Ventana de trabajo: 1310 nm, 1550 nm, 1625 nm. Requieren cuidados y experiencia para los empalmes y acoplación a las fuentes, son mas caras n2 n1 n2 Introd. a los Sistemas de Fibra Óptica

Nucleo (um) 8 -10 Revestimiento (um) 125 Ing. Jaime Rupaylla A.

Fibra Monomodo (Rec. G.652) Fibra Monomodo cuya longitud de onda de dispersión nula esta situada alrededor de 1300 nm optimizada para su uso en la banda de 1300 nm También puede usarse en la banda de 1550 nm (no optimizada). Diámetro campo modal 1300 nm

9 um (revest. con depression)

(± 10%)

10 um (revest. adapt ado)

Diámetro del revestimiento

125 ± 3 um

Longitud de Onda de corte

1100 nm < λc < 1280 nm

Coeficiente de Atenuación

0.1~1 dB/Km en λ = 1300 nm 0.25~0.5 dB/Km en λ = 1550 nm

Coeficiente de Dispersión

3.5 de 1285 a 1330 nm

Cromática (máximo pseg/nmxKm)

6 de 1270 a 1340 nm

Introd. a los Sistemas de Fibra Óptica

20 a 1550 nm

Ing. Jaime Rupaylla A.

Tipos Fibras CCITT Dint revest (um)

Modo

Índice

Monomodo

Salto

10

125

0.3

0.08

> 1000

Multimodo

Gradual

50

125

4 (850 nm)

0.2

600

Multimodo

Salto

100

200

Multimodo

Gradual

85

125

Multimodo

Gradual

62.5

125

4 (850 nm)

0.2

160

Multimodo

Salto

100

140

5 (850 nm)

0.2

100

Introd. a los Sistemas de Fibra Óptica

Atenuaci Apertura ón Numéric (dB/Km) a

BW (MHzKm)

Dext núcleo (um)

Ing. Jaime Rupaylla A.

Fibras Monomodo y Multimodo La fibra Multimodo tiene un núcleo más grande y permite que varios modos se propaguen mientras el monomodo solo permite la propagación de un modo (el primer modo o modo fundamental). n1

n Diámetro

Fibra Multimodo n2 n1

n Diámetro

Fibra Mono-Modo Introd. a los Sistemas de Fibra Óptica

n2 Ing. Jaime Rupaylla A.

Fibras Monomodo y Multimodo

Introd. a los Sistemas de Fibra Óptica

Ing. Jaime Rupaylla A.

Limitaciones de la FO La operación del enlace está limitada por: Pérdidas

Receptor Ensanchamiento

Receptor

Introd. a los Sistemas de Fibra Óptica

Ing. Jaime Rupaylla A.

Parámetros Característicos de la FO Los parámetros que determinan las características de transmisión y propagación de los modos a través de una fibra óptica son: PARAMETROS ESTATICOS, constantes a lo largo de la FO. o

Geométricos

o

Ópticos

PARAMETROS DINAMICOS, afectan la transmisión de la señal. o

Atenuación

o

Dispersión Temporal

PARAMETROS DE TRANSMISION Introd. a los Sistemas de Fibra Óptica

Ing. Jaime Rupaylla A.

Parámetros Estáticos de la FO GEOMETRICOS

No se puede mostrar la imagen en este momento.

Son función de la tecnología usada en la fabricación de las fibras; diámetro del núcleo y revestimiento, excentricidad, no circularidad. OPTICOS Apertura Numérica Índice de Refracción y Perfil del Índice de refracción. Diferencia relativa de índices Longitud de onda de corte Diámetro del campo modal Introd. a los Sistemas de Fibra Óptica

Ing. Jaime Rupaylla A.

Parámetros Dinámicos de la FO ATENUACION, Afectan la potencia y el nivel de la señal Intrínsecas: constitución física. Extrínsecas (Perdidas) : fabricación, envejecimiento, tendido. DISPERSION TEMPORAL, Limita la tasa de transmisión (respuesta de frecuencia en Banda Base) Dispersión Modal Dispersión del material Dispersión por guías de onda (waveguide)

Introd. a los Sistemas de Fibra Óptica

Ing. Jaime Rupaylla A.

Parámetros Estáticos - Geométricos Diámetro del núcleo (MM). No circularidad del núcleo (MM). Error de concentricidad núcleo – revestimiento (SM, MM). Diámetro del revestimiento (SM, MM). No circularidad del revestimiento (SM, MM). Diámetro del recubrimiento primario (SM, MM). No circularidad del recubrimiento primario (SM, MM). Error de concentricidad de revestimiento - recubrimiento primario (SM, MM) Introd. a los Sistemas de Fibra Óptica

Ing. Jaime Rupaylla A.

Parámetros Estáticos - Geométricos Apertura Numérica Cantidad de luz que puede aceptar una fibra óptica a través del núcleo. Es el parámetro que da la idea de la cantidad de luz que puede ser guiada por una fibra óptica,

18 =

sin 4 =

−

donde: AN varía entre 0.1 a 0.5 Introd. a los Sistemas de Fibra Óptica

Ing. Jaime Rupaylla A.

Índice de Refracción Es el cociente entre la velocidad de la luz en el vacío y la velocidad de la luz en el medio que consideremos.

=

. .

donde: n ≥ 1 En la fibra óptica: nnucleo > nrevestimiento

Introd. a los Sistemas de Fibra Óptica



=

Material

Índice de Refracción

Vacío

1.0000

Agua

1.009, 1.333

Aire

1.0003

Nucleo FO

1.465

Revestimiento FO

1.450

Vidrio

1.6

Diamante

2.4 Ing. Jaime Rupaylla A.

La Atenuación en FO Es la pérdida de potencia luminosa que sufren los impulsos de luz a lo largo de la fibra (relación por unidad de longitud entre las potencias a la salida Tx y entrada Rx) y se mide en dBm La cantidad de atenuación de la señal en la FO depende de la longitud de onda de la luz del emisor.

'( 1 dB/Km 1300 0.05 o 1500 nm > 0.3 dB/Km 1550 0.09 Introd. a los Sistemas de Fibra Óptica

Rayleigh 0.25 0.15

Ing. Jaime Rupaylla A.

Perdidas por Absorción OH 1a. ventana

2a. ventana

3a. ventana Absorción Infrarrojo

Esparcimiento de Rayleigh OH-

↓

Impurezas por agua OH-

OH-

↓

↓

KL

!N M

= 1.933=105P

Q.RPN <

Introd. a los Sistemas de Fibra Óptica

>S

!N M

= 7.88=10

QV.QVN <

WXYZ

0[⁄ \]

=

.V RVR 0.3,.

Metal n-InP substrate n-LnP InGaAsP active layer p-InP p+-InGaAs SiO 2 Metal

LED de emisión de borde (ELED) La emisión se fuerza a producirse por uno de los bordes en una estructura similar a la que se usa en diodos láser. Metal Dielectric confinement

Los ELED son mejores para AN < 0.3. Los ELED pueden además ser modulados a mayores frecuencias y son bastante más caros que los SLED Introd. a los Sistemas de Fibra Óptica

Double heterojunction for light confinement Substrate Metal Heat sink

Light Out

Ing. Jaime Rupaylla A.

LASER Las LASER (amplificación de luz por emisión estimulada de radiación), son fuentes de luz coherente de emisión estimulada o Pequeños, de tamaño concentrado, permiten un buen acoplamiento con las fibras monomodo o Permiten distancias más largas o Costosos, más complejos y de difícil fabricación o Los láser pueden ser modulados (prendido/apagado) en altas velocidades; el tiempo de subida o bajada va desde el 10% al 90% de la potencia pico; pueden alcanzar velocidades de datos del orden de Gbit/s en tercera ventana

Introd. a los Sistemas de Fibra Óptica

Ing. Jaime Rupaylla A.

LASER

Modelo de un laser de 3 niveles, estos son poco efectivos (modelo para fines didácticos), hay que conseguir inversión de población frente al nivel fundamental, es decir, el más poblado en situación de equilibrio. Los láseres funcionando a 4 niveles son más eficientes y, de hecho, son los que se usan en realidad Introd. a los Sistemas de Fibra Óptica

Ing. Jaime Rupaylla A.

Diagrama de Bloques del LASER láser

Conexión a fuente de corriente

Región activa

Salida de luz

d disipador de calor

Faceta cortada

El bombeo puede ser de muchas formas, y se requiere un aporte energético que va a ser mayor que el que finalmente proporcione el láser. Se necesita que el flujo de fotones incidentes sea grande para que se potencie el efecto de emisión estimulada. Esto se logra añadiendo al elemento con ganancia un sistema de realimentación óptica, donde los fotones quedan semi-atrapados en una resonante (un par de espejos) Introd. a los cavidad Sistemas de Fibra Óptica Ing. Jaime Rupaylla A.

Tipos de LASER LASER Fabry-Perot Emplea como resonador un par de espejos que proporciona realimentación e influye sobre las propiedades espectrales de la luz emitida. LASER DFB (Distributed Feedback Laser) Laser en donde se ha practicado una corrugacion cerca de la capa activa para que la luz propagada “vea” una variación de índice de refracción periódica LASER VCEL (Vertical Cavity Surface Laser)

son fuentes de luz que se están utilizando bastante para aplicaciones de bajo coste con fibras multimodo. Son de pequeño volumen, de alta densidad, tienen la posibilidad de arreglos 2D, son de tecnología compleja Introd. a los Sistemas de Fibra Óptica

Ing. Jaime Rupaylla A.

Comparación de Emisores Ópticos Material Longitud de Onda (nm)

LED In Ga As P 800 - 1650

LASER In Ga As P 1100 – 1600

Anchura Espectral (nm)

Amplio BW espectral 40 - 100

Espectro reducido 0.1 – 6

Pot. óptica de inyección

Poca -18 dBm

Mediana, Alta -3 dBm

Multimodo Corta y media; LAN , loop de abonado

Multimodo -Monomodo Gran distancia, amplio BW

Hasta 200 MHz

Mayor a 1 GHz

Larga vida (106 horas) Bajo, mucha dispersión

Corta vida (105 horas) Alto

Menor, amplia AN

Mayor, pequeño AN

Confiabilidad

Mayor

Menor

Sensibilidad temperatura

Menor

regular

Bajo

Alto

Barato

Caro y genera calor

Modo Distancia Frecuencia de Modulación Tiempo de vida Data Rate, velocidad Direccionalidad de la luz

Ruido Modal Costo

Introd. a los Sistemas de Fibra Óptica

Ing. Jaime Rupaylla A.

Comparación de Emisores Ópticos El valor nominal de la longitud de onda central pueden ser de 850, 1300 o 1550 nm (ventanas de trabajo) El espectro de operación del láser (0.1 a 6 nm) es más angosto que el del LED (40 a 100 nm). La salida de luz del LED es linealmente proporcional a la corriente manejada y la salida de luz del láser es proporcional a la corriente por encima del umbral. Potencia (mw)

Potencia (mw) 10 5 0 .5 .1

Laser

4

Autolimitación térmica

3

Laser 1 nm

LED’s

2

LED’s 50 nm Longitud de Onda (nm)

Introd. a los Sistemas de Fibra Óptica

Umbral

1 100

200

300

Corriente de Excitación 400 (mA)

Ing. Jaime Rupaylla A.

Dependencia con la temperatura Potencia de Salida óptica ( mw )

ELED = LED DE BORDE SLED = LED DE EMISION SUPERFICIAL SLD = LED SUPERLUMINISCENTE

Potencia de salida óptica ( mW. ) 4

10

5

T = 0ºC

10

3

15

SLD, InGaAsP

SLED

2

20

1

25 ELED

30 35

1

I = 200 mA λ = 1.3 µ m.

SLD 40

0.1

0 0

20

40

60

80

TEMPERATURA ( ªC ) Introd. a los Sistemas de Fibra Óptica

0

50

100

150

200

250

CORRIENTE ( mA. ) Ing. Jaime Rupaylla A.

Características de un Emisor Óptico

Introd. a los Sistemas de Fibra Óptica

Ing. Jaime Rupaylla A.

Receptores y Detectores Ópticos Modulated Light

Proportional Electrical Output Photodiode

Impedance Match

Pre-Amp

Una vez que la señal RF ha sido transmitida a su destino a través de una portadora óptica modulada debe ser convertida de nuevo a RF por medio de los detectores ópticos, El detector óptico es el encargado de transformar las señales luminosas entrantes en señales eléctricas proporcionales. siempre y cuando operen a la misma longitud de onda que el emisor. Los receptores ópticos tienen tres componentes principales: un fotodiodo (foto detector), una etapa de adaptación de y unÓptica preamplificador de bajo nivel deIng.ruido Introd.impedancia, a los Sistemas de Fibra Jaime Rupaylla A.

Receptores y Detectores Ópticos Los más usados son del tipo: o

PIN (P-intrínseco-N) : Genera un par electrónhueco por fotón incidente

o

APD (Avalanche Photo Diodes) : Genera mas de un electrón-hueco por fotón incidente, a través de un proceso “Ionización por impacto”

Deben evaluarse diferentes parámetros: consumo, tamaño, sensibilidad, rendimiento a conversión opto eléctrica, tasa de errores y ruido, demodulación de la portadora recibida Introd. a los Sistemas de Fibra Óptica

Ing. Jaime Rupaylla A.

Fotodiodo PIN Vo

p

i

n

Depletion Region

Optical power across the P-N Junction

En el mejor caso se genera un electrón cuando es absorbido un fotón Una forma de aumentar la capacidad de respuesta, es conseguir que entre más luz en la zona de deflexión donde los electrones y los huecos son generados.. Tiene una región no dopada (o intrínseca) insertada entre las regiones P y N. Su efecto es el de ampliar la zona de deflexión y por lo tanto incrementar la capacidad de respuesta.

Introd. a los Sistemas de Fibra Óptica

Ing. Jaime Rupaylla A.

Fotodiodo de Avalancha Vo

p

p

n

Es un fotodiodo sometido a una fuerte corriente en inversa de forma que los fotoelectrones generados puedan generar nuevos pares electrón-hueco al acelerarse bajo la influencia del fuerte campo eléctrico existente y adquirir mayor energía. Tiene un región adicional P que ayuda a acelerar los electrones a través de la región de deflexión, pues los electrones se aceleran impactando ellos contra otros pares electrón-hueco liberándolos. Esto es “ionización por impacto” en la cual el número final de electrones que da lugar a corriente esdemayor que el número de fotoelectrones. Introd. a los Sistemas Fibra Óptica Ing. Jaime Rupaylla A.

Comparación de Detectores Ópticos o APD mas sensible (puede detectar señales débiles) o Dependiendo de la SNR necesaria se elige PIN o APD de acuerdo a la zona donde se ubique la potencia de luz de entrada o Requiere de un alto voltaje de polarización (50 ~ 400 V) o APD mas sensible a variaciones de temperatura y del voltaje de polarización. o APD mas costoso y mas complejo de usar

Velocidad de Transmisión Sensibilidad PIN (dBm) Introd. Sensibilidad a los Sistemas deAPD Fibra(dBm) Óptica

565 Mbps

140 Mbps

34 Mbps

-37

-45.5

-49

-42

-49

-56 Ing. Jaime Rupaylla A.

Interface Optica de un Transmisor Data Rate

34.368 Mbps ± 20 ppm

Fiber Cable

9/125 um single mode

Operating Wavelength

1260nm ~ 1330 nm

Optical Connector

FC/PC

Transmit Device

Laser Diode

Receive Device

PIN Photo Diode

Output Power

-6 dBm ± 3 dBm

Receiver Sensitivity

-35 dBm < BER ≤ 10-10

Optical Power Budget

> 25 dB

BER Threshold Alarm

1 x 10-4 ~ 1 x 10-10 (seleccionable)

Introd. a los Sistemas de Fibra Óptica

Ing. Jaime Rupaylla A.

FIN CAPITULO 1

Introd. a los Sistemas de Fibra Óptica

Ing. Jaime Rupaylla A.